Электропривод считается устойчивым, если при его выводе из установившегося режима некоторым воздействием он возвращается в этот режим' после снятия воздействия.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
Моменты, создаваемые двигателем производственным механизмом, могут иметь разные значения при разных частотах вращения. Механической характеристикой двигателя или производственного механизма называют зависимость моментаот частоты вращения или наоборот. Рассмотрим виды механических характеристик двигателей и механизмов.
Важным показателем механических характеристик двигателей является жесткость β, которая характеризует степень изменения момента с изменением частоты вращения: β = ΔM/Δn. В зависимости от значения характеристики двигателя делятся на три группы.
К первой группе относятся характеристики, у которых частота вращения не изменяется с изменением момента двигателя; их называют абсолютно жесткими. Значение жесткостив этом случае определяется как β = ∞. Графически абсолютно жесткая характеристика представляет пря-. мую, расположенную параллельно оси М (рис. 1, характеристика /).
Ко второй группе относятся жесткиемеханические характеристики, у которых частота вращения незначительно изменяется с изменением момента. Их графики характеризуются небольшим наклоном к оси моментов (характеристика 2). Указанные характеристики имеют двигатели постоянного тока независимого возбуждения, асинхронные трехфазные (на рабочем участке), а также двигатели постоянного тока смешанного возбуждения средней и большой мощности.
Третья группа включает характеристики, называемые мягкими, у которых изменение частоты вращения при изменении момента оказывается значительным. Их графики имеют больший наклон к оси моментов, чем предыдущие (характеристика 3). Характеристики этой группы присущи двигателям постоянного тока последовательного возбуждения, асинхронным двухфазным, а также двигателям постоянного тока смешанного возбуждения небольшой мощности.
Следует помнить, что β второй и третьей групп меняется в зависимости от частоты вращения, причем особенно это проявляется у мягких характеристик.
Для каждого двигателя можно получить ряд механических характеристик, если изменять те или иные параметры. На практике этим часто пользуются для того, чтобы изменять частоту вращения, т. е. осуществлять регулирование.
Принято подразделять все характеристики на естественные и искусственные.
Естественными называют характеристики, если двигатель питается номинальным напряжением с номинальной частотой (в случае двигателей переменного тока) без подключения к его обмоткам добавочных сопротивлений. Если хотя бы одно из перечисленных условий нарушается, полученная характеристика называется искусственной.
Механические характеристики производственных механизмов можно разделить на три основные группы. К первой группе относятся характеристики, которые отличаются неизменностью момента статического сопротивления при изменении частоты вращения (рис. 2, характеристика 1). Обычно ими обладают механизмы с моментом сопротивления, создаваемым за счет момента трения (устройства подачи станков, транспортеры и т. д.).
Вторая группа включает характеристики, имеющие вид гиперболы или близкий к ней (характеристика 2). Для этой группы характерно возрастание момента при уменьшении частоты вращения, при этом мощность сопротивления остается неизменной. Такими характеристиками обладают механизмы главного движения различных станков.
К третьей группе относятся характеристики механизмов, у которых момент сопротивления изменяется пропорционально квадрату частоты вращения (характеристика 3). Такие характеристики обычно называются вентиляторными. Кроме вентилятора они характерны для центробежных насосов, гребных винтов и т. д. Если имеются механические характеристики двигателя и производственного механизма, нетрудно найти точки (М, п), характеризующие установившийся режим. Для этого достаточно сложить графически по моменту две характеристики. Полученную в результате кривую называют совместной характеристикой электродвигателя и производственного механизма. Там,, где совместная характеристика пересекает ось частоты вращения n, будет точка установившегося режима, в которой сумма моментов двигателя и механизма равна нулю. Следовательно, в соответствии с выражением (2) частота вращения не будет изменяться во времени.
Механические характеристики двигателя 1 и механизма подачи токарного станка 2 представлены на рис. 3. Кривая 3 совместной характеристики получена следующим образом. Берется произвольная частота вращения п и определяются без учета знака моменты, создаваемые двигателем М и производственным механизмом Mcт1 Затем графически определяется их разность Mсот1. Результат откладывается в сторону большего из моментов М1 и МCT1 при той же частоте вращения п1. Затем эта процедура повторяется при другой частоте вращения п2 и т. д. Через полученные точки проводится кривая, которая является совместной характеристикой. В примере (рис. 3) совместная характеристика пересекает ось п, ,т. е. момент в точке с частотой вращения п' равен нулю. Следовательно, при этой частоте вращения выполняется условие (2) и осуществляется установившийся режим. Используя характеристики / и 2, нетрудно определить момент МI развиваемый электродвигателем, и М1cт производственного механизма в этом режиме. На практике координаты точки установившегося режима определяют иначе.
Условие (2) выполняется, если абсолютное значение М1 равно МСТ. Следовательно, если в механической характеристике производственного механизма перед моментом опустить знак минус, точка установившегося режима окажется там, где пересекутся вновь полученная характеристика механическая характеристика двигателя. Графически переход от отрицательных моментов статического сопротивления к положительным заключается в зеркальном отображении кривой 2 относительно оси п в первый - квадрант. На рис. 5 этой характеристикой является кривая 4 и, следовательно, установившийся режим отображается точкой А с координатами М', п'.
Важным понятием для технических устройств является устойчивость. Для -нормальной работы электропривод должен иметь не только установившийся режим. Необходимо, чтобы этот режим был устойчивым (или, как часто говорят, привод должен быть устойчивым).
Электропривод считается устойчивым, если при его выводе из установившегося режима некоторым воздействием он возвращается в этот режим' после снятия воздействия.
Если совместная характеристика имеет наклон, как кривая 3 на рис. 5, привод устойчив. Предположим, что частота вала двигателя увеличилась на Δn. Тогда привод перейдет в точку В на совместной характеристике. В этой точке моменты двигателя и производственного механизма создадут момент Мп1,являющийся отрицательным и, следовательно, действующий против направления частоты вращения. Как только воздействие на привод исчезнет, частота вращения начнет уменьшаться и привод перейдет в прежний установившийся режим с частотой вращения п1. Аналогичный результат будет получен, если под внешним воздействием частота вращения двигателя понизится от значения п1.
Если совместная характеристика будет иметь такой же наклон, как кривая, изображенная на рис. 5 пунктиром, привод является неустойчивым. Действительно, повышение частоты вращения от п' на Δn вызывает появление на валу привода положительного момента Мс2 который действует в направлении движения, стремясь еще больше увеличить частоту вращения. Таким образом, после снятия воздействия привод не вернется в прежний установившийся режим, а будет продолжать повышать частоту вращения. При понижении частоты вращения от nf движение привода будет продолжать замедляться